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中科院上海微系统所石墨烯量子点应用于电催化还原二氧化碳

  

   中科院超导电子学卓越创新中心、上海微系统所信息功能材料国家重点实验室丁古巧研究员团队和美国莱斯大学Ajayan课题组合作,将尺寸只有几个纳米的氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)用于电催化还原CO2,并取得重要突破:在低过电势下,总的CO2还原法拉第效率达到90%,对乙烯和乙醇的选择性转换高达45%。相关论文“A metal-free electrocatalyst for carbon dioxide reduction to multi-carbon hydrocarbons and oxygenates”于20161213日在线发表于Nature Communications (7:13869 | DOI: 10.1038/ncomms13869)

    目前已经筛选的还原CO2的电催化剂中包括金属、合金、有机金属化合物、层状材料和纳米碳材料,只有金属铜纳米颗粒显示出较好的碳氢化合物和碳氧化合物的催化选择性。本研究使用氮掺杂石墨烯量子点,C2C3产物分布和产率可以和铜纳米颗粒催化剂相当。但是由于N-GQDs具有主要的sp2碳结构,其化学稳定性、热稳定性等都显著优于纳米铜颗粒。这是首次发现非金属催化剂能转化CO2为重要的化工原料和液体燃料。化石能源煤和石油的燃烧产生大量的温室气体二氧化碳(CO2),将CO2转换为有机燃料,有助于减少污染并降低对化石能源的依赖和过度使用,该技术具有重要应用潜力。

      近三年来,丁古巧研究员团队在石墨烯量子点方面已经发表了10多篇研究论文,内容涵盖石墨烯量子点材料制备方法、石墨烯量子点尺寸和基团调控、发光性能调控及其在光催化、电催化、生物荧光显影等方面的应用。其中有三篇(1Journal of Materials Chemistry A2Chemistry of Materials)被评为高被引用论文。